Стихийный теплообмен
Тепловые насосы стали обязательным атрибутом современного "умного" дома или промышленного предприятия уже не только в помешанной на "зеленых" технологиях Европе. Они все более популярны и в нашей стране. Но для большинства рядовых пользователей это скорее модная новинка, чем осознанный выбор. Просчитать реальные цифры экономии и определиться, стоит ли вообще тратиться на установку недешевой системы, могут немногие. "ДС" попыталась разобраться, как не превратить использование энергии недр в банальную выкачку денег.
Сила всасывания
Хотя тепловые насосы позиционируются как суперсовременные и новомодные отопительные системы, особых ноу-хау в их устройстве нет. Работают они по принципу обычного холодильника с той лишь разницей, что в последнем тепло выкачивается из внутренней камеры и через заднюю стенку выбрасывается в атмосферу, а в тепловых насосах, наоборот, закачивается из воздуха, грунта или воды и подается в систему отопления.
Насосный агрегат нагнетает тепловую энергию из внешней среды, охлаждая циркулирующий по специальной трубе антифриз, и уже затем направляет ее на отопление здания или подогрев воды. Аналогичная система используется и в кондиционерах, так что тепловые насосы можно применять не только для обогрева, но и для охлаждения помещений. Для этого в них предусмотрен реверсивный клапан, позволяющий агрегату работать в обратном режиме.
Тепловые насосы можно разместить буквально на любом участке, ведь их главная "пища" — земля и воздух — найдется даже в самой глухой провинции, вдали от газовых магистралей. Но и у них есть своя зависимость — от электросети. Большая часть (примерно 75%) энергии собирается из грунта, воды, воздуха, естественно, безо всякой оплаты со стороны пользователя.
Оставшиеся 25%, которые идут на работу самого агрегата, обеспечиваются внешним источником питания, следовательно, оплачиваются по счетчику. С финансовой точки зрения это все равно выгодно. Ведь на каждый 1 кВт потребляемой электроэнергии тепловые насосы способны выдавать 3,5 кВт и более, то есть как минимум 2,5 кВт будут для владельца бесплатными. Правда, в случае перебоев с электроэнергией, что не редкость даже для крупных населенных пунктов, не говоря о пригороде, вы рискуете остаться не только без света, но и без других благ цивилизации — отопления и горячей воды. Поэтому стоит подумать о резервном источнике тепла.
Несмотря на перечисленные минусы, тепловые насосы однозначно выгодны для владельцев больших загородных домов (от 200 кв. м), гостиниц или теплиц. Ведь потребление газа и горячей воды на обогрев традиционным способом здесь гарантирует собственнику счета с астрономическими суммами. Установив насос, реально ограничиться лишь расходами на электроэнергию.
На промышленных предприятиях тепловые насосы позволяют создать замкнутый цикл циркуляции тепла и воды и, соответственно, сэкономить на теплоотводе. Ведь такие системы могут работать на технологической воде или канализационных стоках. Как показывает практика, в отраслях, традиционно отличающихся высоким энергопотреблением (пищевая, текстильная промышленность, сельское хозяйство и пр.), затраты на электроэнергию и газ реально снизить в 2,5–3 раза.
Впрочем, эти расчеты справедливы лишь для хорошо утепленных зданий. Без предварительных работ по теплоизоляции устанавливать насосы вообще нет смысла, ведь придется не только переплачивать, выбирая более мощные модели, но и отапливать улицу. Чаще всего тепло уходит через мостики холода в окнах, некачественные двери, неутепленные стены, щели над потолком.
Если изолировать эти зоны и сделать вентиляцию с рекуперацией тепла, можно использовать менее мощный теплонасос. К примеру, если для неутепленного коттеджа площадью 350 кв. м нужен насос в 38 кВт (цена — порядка 15 тыс. евро), то для аналогичного хорошо изолированного помещения достаточно системы в 17 кВт (8,5 тыс. евро). Повысить эффективность теплонасоса позволяет также оборудование дома современной низкотемпературной системой отопления: водным "теплым" полом, панельными радиаторами с повышенной теплоотдачей и т. п.
Тепловой эффект
Отечественная розница предлагает тепловые насосы на любой вкус и кошелек. Кроме дорогих японских, немецких и итальянских систем, в специализированных магазинах появляется все больше китайской техники эконом-класса, что делает технологию обогрева с помощью насосов более доступной. Правда, как и в случае с кондиционерами или автомобилями, изготовленными в Поднебесной и предназначенными преимущественно для азиатских рынков, о чем наши продавцы предпочитают умалчивать, тут можно здорово "попасть".
Часто такие тепловые насосы не выдерживают наших суровых зим и выходят из строя уже в первый год эксплуатации. Кроме того, указанная мощность нередко не соответствует реальной, некоторые комплектующие не входят в стоимость и их нужно докупать отдельно, а сервисное обслуживание оставляет желать лучшего. Но ужесточение конкуренции все же сделало свое дело: за последние пару лет стоимость техники упала на 5–7%.
Бытовые насосы обойдутся примерно в 400–1000 евро, промышленные — в 150–250 евро на каждый киловатт мощности. Самые дешевые — воздушные модели (от 300 евро для бытовых и 120–170 евро на 1 кВт для промышленных). Наиболее дорогие — водные насосы (от 500 евро для бытовых и 250–350 евро на 1 кВт для промышленных).
В ближайшее время тенденция удешевления отопительных систем будет набирать обороты. Собирать тепловые насосы из импортных комплектующих начали некоторые украинские предприятия. Их продукция дешевле европейских аналогов как минимум на 15% и намного качественнее китайской. Помимо сборки, у нас развивается и полномасштабное производство. Дизайн отечественных систем не впечатляет, но качество достаточно неплохое, а цена ниже, чем у европейцев и японцев на 20%. Кроме того, такие модели оптимально адаптированы к нашему климату и выдерживают более низкие температуры, чем, к примеру, китайские.
Главное, на что стоит обратить внимание, определившись с брэндом, — это мощность модели. Рассчитать ее точно непрофессионалу будет достаточно сложно, но приблизительная формула все же есть. Для центральных регионов страны берется 60 Вт на каждый квадратный метр хорошо утепленного здания (тогда температура в помещении будет порядка 23 градусов тепла). Для северных областей этот показатель составляет 70 Вт, для южных — 50 Вт. Повышение комнатной температуры на один градус увеличивает расход энергии примерно на 5–6% в год.
Не менее важный показатель — коэффициент трансформации или преобразования теплоты (COP). Он указывает на соотношение между потребляемой и вырабатываемой энергией. Среднестатистический тепловой насос тянет вчетверо меньше света, чем стандартная система прямого электрообогрева. Если последняя расходует порядка 10 тыс. кВт•ч электроэнергии в месяц (расчет для коттеджа площадью 200–250 кв. м), то насос — всего 2–2,5 тыс. кВт•ч.
В деньгах ежемесячная экономия составляет около 2 тыс. грн. Но разброс в продуктивности конкретных моделей тепловых насосов достаточно велик. На каждый киловатт электроэнергии они могут вырабатывать от 2,5 до 6 кВт тепла. Наиболее эффективной считается техника с СОР от 3 и выше. Чаще всего производитель указывает показатели коэффициента в трех режимах (оптимальный и на верхней и нижней границах рабочего диапазона). Чем больше эта разница, тем лучше.
Открытый счет
Тепловой насос — лишь часть достаточно объемной отопительной системы, поэтому его стоимость не превышает 20–25% от общих затрат. Монтаж потянет еще на 25–40% бюджета (примерно 7–8 тыс. евро). И это при условии, что его будут проводить профессионалы, хорошо знающие свое дело. Особенно актуально данное условие для таких "тонких" работ, как, к примеру, бурение скважин.
Затраты на пусконаладочные работы, включающие контрольную проверку работы всей системы, установку контроллера, отвечающего за функционирование программ, и прочее составляют порядка 700– 800 евро. Специалисты советуют установку теплового насоса изначально закладывать в проект дома. Это позволит сократить расходы в случае инсталляции оборудования в здание с другими источниками отопления (газовым или электрокотлом) как минимум на 40%. Но в любом случае быстро отбить эти вложения не получится.
Для бытовых систем средний срок окупаемости семь–девять лет, для промышленных реально уложиться в два-три года. В последнем случае на сроки окупаемости влияют качество и количество источников "лишнего" тепла, которое можно использовать в насосе. Если встроить его в производственный цикл, можно вернуть вложения уже за шесть-семь месяцев.
Земля, воздух или вода?
В зависимости от типа теплоносителя насосы делятся на грунтовые, водные и воздушные. Выбор зависит от климатических условий и местности, в которых планируется эксплуатировать оборудование: наличия водоема, состава почвы, глубины расположения грунтовых вод и пр. Оптимальными для большинства регионов Украины эксперты называют грунтовые насосы, которые считаются наиболее стабильными и предсказуемыми в работе, к тому же они на 10–15% дешевле, чем, скажем, водные. Правда, такие системы требуют больших площадей. Так как земля не самый лучший проводник тепла, для выхода на нужную мощность коллектор нужно разместить на территории, вдвое больше той, которую планируется обогреть.
Водные модели не только дороже грунтовых, но и более хлопотные в установке. Если поблизости нет водоема, придется бурить скважину. Большинство владельцев загородных домов зачастую не имеют ни малейшего представления о том, есть ли вообще на их участке подземные воды, на какой глубине они расположены и самое главное — какую производительность сможет обеспечить будущая скважина.
Поэтому затраты на доступ к воде могут оказаться существенно выше ожидаемых. Бурение для установки теплового насоса в черте города вообще запрещено законом. Но после подключения к источнику особых проблем с такими системами быть не должно, ведь вода является хорошим проводником тепла, а ее температура в скважине всегда постоянна, что обеспечивает стабильную и бесперебойную работу техники.
Воздушные насосы самые дешевые (цена ниже, чем на грунтовые или водные аналоги, на 30–40%). По сути, это те же кондиционеры с функцией обогрева. Они максимально просты в монтаже: нужно лишь закрепить наружный блок и соединить его трубками с внутренним. Но есть и серьезный недостаток — ограниченный диапазон рабочих температур (от минус 7 до минус 15 градусов).
Правда, некоторые продавцы, продвигая свой товар, утверждают, что якобы за счет новейших разработок современные модели функционируют и при минус 40, но на практике компрессоры не выдерживают больших морозов и быстро выходят из строя. Еще пару лет назад считалось, что воздушные насосы вполне пригодны для эксплуатации в южных областях страны. Но, учитывая глобальные изменения климата, даже там их использование стало рискованным (к примеру, прошлой зимой в Крыму были морозы до минус 20 градусов).
Оптимальными для промышленного использования считаются насосы, работающие на канализационных стоках, технологической воде, отработанном тепле (скажем, от холодильных установок, вентиляторов и пр.).
"Зеленое" отопление
Тепловые насосы не только экономны в эксплуатации, но и щадящие для окружающей среды, что объясняет их популярность в помешанных на экологичности Европе и США. В Штатах при строительстве новых зданий используются исключительно тепловые насосы, такая норма закреплена федеральным законодательством. Ими активно заменяют и традиционные отопительные системы в старых помещениях.
Это позволяет местным компаниям реализовать до 1 млн единиц оборудования в год. В Германии, Испании, Австрии, Англии за установку теплового насоса предусмотрены государственные дотации (до 3 тыс. евро для домовладения). По прогнозам Мирового Энергетического Комитета, к 2020 г. в развитых странах мира теплоснабжение с использованием насосов составит 75%. Но некоторые страны уже вплотную приблизились к этому порогу. К примеру, в Швеции насосы вырабатывают 70% всего тепла. Ежегодно здесь продается порядка 150 тыс. агрегатов.
МНЕНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ.
Наталья Мицьо
Частный дом в пгт Дубовое Мукачевского р-на
Водный насос на 25 кВт
Мы купили дом пять лет назад. Площадь довольно большая — 600 кв. м. Соответственно, за отопление и горячую воду приходилось платить астрономические суммы: обогрев осуществлялся газовым котлом. Пришлось срочно искать альтернативные варианты. От соседей узнали, что на участке есть подземные воды, причем довольно неглубоко. Обратились в одну из компаний, специализирующихся на теплонасосных установках.
Дело было давно, информация практически отсутствовала, и мы даже примерно не знали, какое устройство нам может подойти. Специалисты посоветовали водный насос мощностью 25 кВт для подогрева воды и отопления дома зимой и в межсезонье. На участке действительно оказались воды: пришлось пробурить скважину в 20 м. Насос установили в начале осени, поэтому вскоре почувствовали эффект. В конце отопительного сезона проверили счета, и оказалось, что год назад, до установки теплового насоса, платили примерно в два раза больше. Общий расход газа снизился примерно на 40%.
Недавно наши знакомые построили новый дом примерно такой же площади, как наш. Решили сразу же поставить тепловой насос, тоже водного типа с бурением скважины. Оказалось, что им подошел насос меньшей мощности, чем наш, — они поставили установку на 21 кВт. Уже год работает, и они довольны. Правда, поскольку дом новый, теплоизоляция, очевидно, у них лучше, чем у нас. Но, думаю, нам в любом случае неправильно рассчитали. Наши соседи заплатили за теплонасосную систему вместе с монтажом примерно на 4–4,5 тыс. евро меньше. Согласитесь, это много. Да и экономили бы мы сейчас больше, если бы установка была менее мощной. Но все равно мы довольны. Были ситуации, когда газовый котел нужно было ремонтировать, и тепловой насос нас очень выручал. Не могу сказать, что в доме было жарко, но вполне комфортная температура сохранялась. Как правило, с начала апреля тепло в доме обеспечивает только насос. По обслуживанию: раз в полгода приходится чистить фильтр скважины, но это особых хлопот не доставляет.
Анатолий Береза, Председатель правления ПАО "Запорожский абразивный комбинат"
Тепловой насос на технологической воде мощностью 108 кВт
Технология использования вторичного тепла на базе технологии тепловых насосов реализовывалась у нас в 2011 г. в рамках программы по децентрализации теплоснабжения комбината.
Это позволило сократить несколько километров старых теплосетей и связанные с ними неизбежные потери тепла. Наши специалисты реконструировали систему оборотного водоснабжения печей плавки электрокорунда, включив в нее новый теплопункт с установкой тепловых насосов (тип "вода-вода" тепловой мощностью 108 кВт).
Тепло от охлаждения печей, которое раньше уходило в атмосферу, стало источником энергии для горячего водоснабжения и отопления бытовых, административных и других помещений в этих производствах. Практика показала эффективность новых технологий: в первый же год теплонасосная установка сэкономила комбинату около 100 тыс. кубометров природного газа и свыше 50 тыс. кВт электроэнергии. Срок полной окупаемости этого теплопункта, по нашим расчетам, составит около трех лет. Кстати, новые технологии дают не только экономический, но и экологический эффект, связанный с уменьшением выбросов в атмосферу углекислого газа.
За счет этого же источника вторичной тепловой энергии планируется и децентрализация теплоснабжения производства карбида бора. Подача туда технологического пара осуществляется по трубопроводу длиной почти километр от центральной котельной: по меркам сегодняшнего дня это нерационально и дорого. Децентрализация позволит избежать неизбежных потерь при передаче пара на большое расстояние и даст полную локализацию подачи технологических теплоносителей разной температуры.
В настоящее время специалисты нашего комбината работают над внедрением целостной системы технологического подогрева воздуха и воды на участке производства отрезных кругов в том числе с использованием вторичного тепла на базе тепловых насосов. Новые технологии вместе с приобретенным опытом их применения позволят комбинату в ближайшее время значительно сократить потребление природного газа как для собственных бытовых нужд, так и в технологических процессах.
Сергей Савченко, Главный технолог тепличного комплекса "Агроальянс"
Водный насос на 16 кВт
Наша теплица находится в Днепропетровской области, возле поселка Спасское. Тепловой насос установили для охлаждения летом помещения в 200 кв. м и поддержания в нем круглогодичного микроклимата, уменьшение затрат на отопление зимой. Поставили два года назад водный швейцарский насос производительностью 16 кВт, пробурив скважину глубиной в 25 м. Летом тепловые насосы работают на охлаждение, поддерживая температуру 23 градуса. До того как поставить тепловой насос, мы использовали зимой для обогрева электрический котел.
Когда стал работать ТН, котел в холодное время включали редко. В итоге расходы на электричество снизились примерно на четверть. То есть если раньше мы платили за теплообеспечение 180 тыс. грн., то с тепловым насосом платим около 45 тыс. грн., на 75% меньше. Особо экстремальную проверку ТН прошел зимой этого года, когда морозы достигали 27–28 градусов. Несмотря на низкую температуру, оборудование работало бесперебойно, обеспечивая внутри теплицы нужный микроклимат.
Наши коллеги тоже поставили водяной тепловой насос в своем тепличном хозяйстве и говорят, что у них скважины периодически забиваются, приходится обращаться за помощью к специалистам. И хотя это недорого, все равно требует денег и времени. У нас же пока таких проблем не возникало, возможно, потому, что нам при проведении работ по бурению порекомендовали специальный фильтр с крупной сеткой.
Когда мы устанавливали тепловой насос, рассчитали, что он должен окупиться максимум за пять лет. Поскольку экономия от него довольно существенная, мы, скорее всего, вложимся в график. Если бы у нас не было теплового насоса, пришлось бы для поддержания нужной температуры летом устанавливать мощный дорогой кондиционер (большую часть года он бы простаивал), а для обогрева зимой использовать электрический котел.
Сейчас тепловой насос в летнее время практически полностью обеспечивает потребности по кондиционированию и теплой воде, а зимой – на 75% по воде и поддержанию нужного микроклимата.
